Prototipe kamera -stabilisator (2DOF): 6 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Skrywers:

Robert de Mello e Souza, Jacob Paxton, Moises Farias

Erkennings:

Baie dankie aan die California State University Maritime Academy, die Engineering Engineering-program en dr. Chang-Siu dat u ons in sulke ingewikkelde tye met ons projek help slaag het.

Inleiding:

'N Kamera -stabiliseertoestel, of kamera -gimbal, is 'n houer wat kameraskudding en ander ongeregverdigde bewegings voorkom. Een van die eerste stabiliseerders wat ooit uitgevind is, gebruik skokbrekers/vere om skielike bewegings van die kamera te demp. Ander tipes stabiliseerders gebruik gyroskope of steunpunte om dieselfde taak te verrig. Hierdie toestelle stabiliseer ongewenste bewegings in tot drie verskillende asse of afmetings. Dit sluit die x-, y- en z-as in. Dit beteken dat 'n stabiliseerder bewegings in drie verskillende rigtings kan demp: rol, steek en gaai. Dit word gewoonlik gedoen met behulp van 3 motors wat bestuur word met 'n elektroniese beheerstelsel wat elk 'n ander as teenwerk.

Ons was buitengewoon geïnteresseerd in hierdie projek om verskeie redes. Almal van ons geniet verskillende buitelugaktiwiteite, soos snowboarden en ander sportsoorte. Vanweë die hoeveelheid beweging wat benodig word, is dit moeilik om beeldmateriaal van hierdie aktiwiteite van hoë gehalte te kry. 'N Paar van ons besit 'n regte kamera -stabilisator wat uit die winkel gekoop is, en daarom wou ons ondersoek wat nodig is om so iets te skep. In ons laboratorium- en lesingklasse het ons geleer hoe om met servomotors te werk met behulp van Arduino, die kodering wat nodig is om dit te laat werk, en die teorie agter elektroniese stroombane om ons te help om die stroombane te ontwerp.

*LET WEL: Weens COVID-19 kon ons hierdie projek nie in sy geheel voltooi nie. Hierdie instruksie is 'n gids vir die stroombane en kode wat benodig word vir die prototipe van die stabiliseerder. Ons beoog om die projek te voltooi wanneer die skool hervat word en ons weer toegang tot 3D -drukkers het. Die voltooide weergawe het 'n batterykring en 'n 3D-gedrukte behuising met stabilisatorarms (hieronder getoon). Let ook daarop dat dit gewoonlik 'n slegte praktyk is om die Servomotors van die Arduino 5v -kragtoevoer af te skakel. Ons doen dit eenvoudig om die prototipe te toets. 'N Afsonderlike kragtoevoer sal by die finale projek ingesluit word en word in die stroombaan diagram hieronder getoon.

Voorrade

-Arduino UNO mikrobeheerder

-Broodbord

-Wire Jumper Kit

-MPU6050 traagheidseenheid

-MG995 servomotor (x2)

-LCD1602 -module

-Joystick -module

Stap 1: Oorsig van die projek

Hierbo is 'n video van ons projek en 'n werkende demonstrasie.

Stap 2: Teorie en werking

Vir die stabilisering van ons kamera het ons twee servomotore gebruik om die toonhoogte- en rolas te stabiliseer. 'N Traagmeeteenheid (IMU) voel versnelling, hoekversnelling en magnetiese krag wat ons kan gebruik om die hoek van die kamera te bepaal. Met 'n IMU aan die vergadering gekoppel, kan ons die waargeneemde data gebruik om die verandering in die beweging van die handvatsel met die servo's outomaties teen te werk. Verder kan ons met 'n Arduino -joystick twee rotasie -as handmatig beheer, een motor vir elke as.

In figuur 1 kan u sien dat die rol deur die rol servomotor teengewerk word. Namate die handvatsel in die rolrigting beweeg word, sal die rol servomotor in 'n gelyke maar teenoorgestelde rigting draai.

In figuur 2 kan u sien dat die steekhoek beheer word deur 'n aparte servomotor wat op soortgelyke wyse as die rol servomotor werk.

Servomotors is 'n goeie keuse vir hierdie projek, want dit kombineer die motor, 'n posisiesensor, 'n klein ingeboude mikrobeheerder en H-brug waarmee ons die motorposisie handmatig en outomaties deur die Arduino kan beheer. Die aanvanklike ontwerp het slegs een servomotor vereis, maar na 'n paar beraadslaging het ons besluit om twee te gebruik. Bykomende komponente is 'n Arduino LCD -skerm en joystick. Die doel van die LCD -skerm is om te wys in watter toestand die stabiliseerder tans is en die huidige hoek van elke servo terwyl dit met die hand beheer word.

Om die behuising te skep vir al die elektriese komponente, het ons Computer-Aided Design (CAD) gebruik en 'n 3D-drukker gebruik. Om die elektriese komponente vas te hou, het ons 'n liggaam ontwerp wat ook as 'n handvatsel sal dien. Dit is waar die IMU -sensor en joystick gemonteer sal word. Vir dubbel-as-beheer het ons houers vir die motors ontwerp.

Stap 3: Stel 'n diagram/logika

Die kode bestaan uit drie state, wat elkeen op die LCD -skerm aangedui word. As die Arduino krag ontvang, sal die LCD-skerm 'Initialiseer …' druk en begin I2C-kommunikasie met die MPU-6050. Die aanvanklike data van die MPU-6050 word aangeteken om die gemiddelde te vind. Daarna gaan die Arduino in die handbedieningsmodus. Hier kan albei servomotore met die joystick handmatig verstel word. As die joystick -knoppie ingedruk word, gaan dit in die "outomatiese vlak" -toestand en die stabiliseringsplatform sal die vlak ten opsigte van die aarde behou. Enige beweging in die rol- of steekrigting word deur die servomotore teengewerk en sodoende die platform gelyk gehou. Met nog 'n druk op die joystick -knoppie, gaan die Arduino in 'n "Doen niks -toestand" waar die servomotore gesluit sal word. In hierdie volgorde sal die state aanhou verander met elke druk op die joystick -knoppie.

Stap 4: Kringdiagram

Die prent hierbo illustreer ons projekkringdiagram in die af -modus. Die Arduino-mikrokontroleerder bied die nodige verbindings om die MPU-6050 IMU, joystick en die LCD-skerm te laat loop. Die LiPo -selle is direk aan die wisselaar gekoppel en verskaf krag aan beide die Arduino -mikrokontroleerder sowel as beide servomotors. Gedurende hierdie werkswyse word die batterye parallel met die gebruik van 'n 3-punt dubbel-gooi (3PDT) skakelaar verbind. Met die skakelaar kan ons die las ontkoppel, terwyl ons die laaier gelyktydig verbind en die selle van 'n reeks na 'n parallelle opset skakel. Dit laat die battery ook gelyktydig laai.

As die skakelaar na die AAN -modus gedraai word, sal twee 3.7v -selle die Arduino- en Servomotors voorsien. Gedurende hierdie werkswyse het die batterye in serie gekoppel met die gebruik van 'n 3-punt dubbel gooi (3PDT) skakelaar. Dit stel ons in staat om 7,4v van ons kragbron te verkry. Beide die LCD -skerm en die IMU -sensor gebruik I2C -kommunikasie. SDA word gebruik om die data oor te dra, terwyl SCL die kloklyn is wat gebruik word om data -oordragte te sinchroniseer. Die servomotors het elk drie leidings: krag, grond en data. Die Arduino kommunikeer met die servo's deur penne 3 en 5; hierdie penne gebruik Pulse Width Modulation (PWM) om die data met gladder oorgange oor te dra.

*Die laai -stroombaan is van Adafruit.com

Stap 5: Konstruksie

Die basiese ontwerp van 'n kamera -gimbal is redelik eenvoudig, aangesien dit eintlik net 'n handvatsel en 'n houer vir 'n kamera is. Die gimbal bestaan uit twee servomotors om enige beweging in die rol- en steekrigtings teen te werk. Die gebruik van 'n Arduino Uno verg baie ruimte, daarom het ons ook 'n behuising onderaan die handvatsel bygevoeg om al die elektriese komponente te bevat. Die behuizing, handvatsel en servomotorhouers word almal in 3D gedruk, sodat ons die koste en die totale grootte kan verminder, aangesien ons die volledige beheer oor die ontwerp kan hê. Daar is verskillende maniere waarop u die gimbal kan ontwerp, maar die grootste faktor wat u moet oorweeg, is om te voorkom dat een servomotor in 'n ander draai. In die prototipe is die een servomotor in wese aan die ander gekoppel. As ons weer toegang tot 3D -drukkers het, sal ons die arm en platform hierbo in 3D druk.

*Die ontwerpe vir die arm en platform kom van

Stap 6: Algehele bevindings en moontlike verbeterings

Die aanvanklike navorsing wat ons oor kamera -gimbals gedoen het, was baie intimiderend. Alhoewel daar 'n oorvloed bronne en inligting oor die onderwerp was, het dit baie na 'n projek gelyk wat buite ons liga sou wees. Ons het stadig begin, soveel navorsing gedoen as wat ons kon, maar min geabsorbeer. Elke week het ons ontmoet en saamgewerk. Terwyl ons werk, het ons meer en meer momentum gekry en uiteindelik minder angstig en meer opgewonde geraak oor die projek. Alhoewel ons 'n ekstra joystick en LCD -skerm bygevoeg het, kan ons nog baie meer by die projek voeg. Daar is ook 'n paar verbeterings wat bygevoeg kan word, soos beperkings op die handbediening wat kan verhoed dat die gebruiker die een servomotor in die ander draai. Dit is 'n klein probleem en kan ook opgelos word met 'n ander monteerontwerp. Ons het ook die moontlikhede bespreek om 'n pan -funksie by te voeg. Dit sal die gebruiker in staat stel om die servomotore te gebruik om binne 'n bepaalde tyd oor 'n gebied te paneer.

As 'n span het ons almal baie goed saamgewerk. Ten spyte van die omstandighede en slegs die vermoë om feitlik te ontmoet, het ons die beste daarvan gemaak en gereeld gekommunikeer. Al die onderdele en komponente is aan een persoon gegee, en dit het dit vir die res van die groep 'n bietjie moeiliker gemaak om probleme wat opduik, op te los. Ons kon die probleme opduik, maar as ons almal dieselfde materiaal gehad het, sou dit 'n bietjie makliker gewees het om te help. Oor die algemeen was die grootste bydrae tot die voltooiing van ons projek die moontlikheid dat elke lid beskikbaarheid en bereidwilligheid het om oor die projek te ontmoet en te gesels.